Устройство защиты источника питания

СОВХОЗ СОВЕТСКИХсОциллистическихРЕСПУБЛИК 02 Н 3/20 ОБР К ПАТ У авле А,Бин, Л.Б,Леонть Оргное управлен етельство СССР1/569, 1990,етельство СССР1/569, 1986.етельство СССР1/569,(54) УСТРО)/1 СПИТАНИЯ(57) Назначенэлектротехнидля защиты иний при крат ЗАЩИТЫ ИСТОЧНИКА ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОВЕДОМСТВО СССР(56) 1. Авторское свид1 ч. 1575161, кл, 0 05 Г2, Авторское свидКг 1251046, кл. О 05 Г3. Авторское свидй. 1377838, кл, О 06 ГН 02 Н 3/20, 1988. ие: изобретение относится е и может быть использован точника питания от выключе ковременных исчезновения Изобретение, относится к эектротехнике и может быть использовано для защиты источника питания от выключений при кратковременнь,х исчезновениях напряжения сети или уменьшении ниже установленного значения.Известно устройство для защиты источника питания от перегрузок по току, содержащее полюс и общую шину источника питания, переключающийл контакт переключателя, первый резистор, первый вывод которого подключен к размыкающему выводу переключающего контакта переключателя, первый транзистор, первый конденсатор, первый вывод которого соединен с эмитте 1794269 АЗ напряжения сети или его уменьшении ниже установленного значения, Сущность изобретения: устройство контролирует переменное напряжение и в зависимости от его величины перед исчезновением или перед моментом уменьшения ниже величины 01, вырабатывает сигнал отключения основного источника питания с различной задержкой. Если величина переменного напряжения перед моментом уменьшения ниже величины 01 или перед исчезновением больше 01, но меньше О 2, то устройство задерживает сигнал отключения основного источника питания на меньшее время, если же переменное напряжение перед моментом уменьшения ниже величины 01 или перед исчезновением больше 02, то устройство задерживает сигнал отключения основного источника питания на большее время. Кроме того, в момент уменьшения ниже величины 01 или исчезновения переменного напряжения выдает сигнал, который запрещает переключения в питаемых от основного источника схемах. 2 ил. ром первого транзистора и вторым выводом4 ь первого резистора, замыкающий контакт кнопки, общий вывод которого подключен к О замыкающему выводу переключающего О контакта переключателя, второй конденсатор, второй резистор, первый вывод которого соединен с первым выводом второго конденсатора и замыкающимся выводом замыкающего контакта кнопки, второй транзистор, эмиттер которого соединен с общим выводом переключающего контакта переключателя и полюсом источника питания, третий транзистор, коллектор которого соединен с базой второго транзистора и первой базой первого транзистора, третий рези 1794269стор, первый вывод которого подключен к эмиттеру третьего транзистора, второй базе второго транзистора и второму ныаодупервого конденсатора, третий конденсатор, диод, замыкающий контакт переключателя, замыкающий вывод которого соединен сбаэой третьего транзистора, вторым выводом третьего конденсатора и катодом диода, нагрузку, первый вывод которой подключен к общему выводу замыкающего контакта переключателя, коллектору второго транзистора и вторым выводам второго конденсатора и второго резистора, второй вывод нагрузки соединен с анодом диода, вторым ныаодом третьего резистора и общсй шиной источника питания.Известен блок защиты, содержащий полюс и общую шину источника питания, первый, второй, третий, четвертый, пятый, шестой резисторы, первый стабилитрон, замыкающий контакт кнопки, конденсатор,5 10 15 20 операционный усилитель, прямой вход которого подключен к второму выводу пятого резистора, первому выводу шестого резистора, замыкающемуся выводу замыкающего контакта кнопки и первому выводу 25 конденсатора, второй вывод которого соединен с общим выводом замыкающего контакта кнопки, анодом первого стабилитрона, общей шиной источника питания, вторым выводом третьего резистора, первым выводом четвер- З 0 того резистора и вторым вьнодом питания операционного усилителя, первый вывод питания которого соединен с первым вьаодами второго и пятого резисторов, вторым выводом первого резистора и катодом пер- З 5 ваго стабилитона, диод, анод которого подключен к второму выводу второго резистора, первому выводу трстьего резигтора и инверсному входу операционногоусилителя, второй стабилитрон, катод которого соединен с 40 выходом операционного усилителл, седьмой резистор, первый нынад которого подключен к аноду второго стабилитрона, восьмой резистор, первый транзистор, база которого соединена с вторым выводом седь мого резисторавторой транзистор, коллектор которого подключан к полюсу источника питания, первому выводу первого резистора первому выводу восьмого резистора, второй вывод которого соединен с коллектором 50 первого транзистора и базой второго транзистора, нагрузку, первый ньнод которой подключен к эмиттеру второго транзистора и катоду диода, второй вывод нагрузки соеЕГ динен с эмиттером первого транзистора, 5 вторым выводом шестого резистора и первым выводом четвертого резистора.Наиболее близко к предлагаемому устройство защиты нагрузки, содержащее первую и вторую шины питанил, первый и второй резисторы. датчи тока, первый вывод которого подключен к второй шине питания, третий и четвертый резисторы, конденсатор, первый компаратор, прямой вход которого соединен с первым выводом конденсатора, вторым выводом третьего резистора и первым выводом четвертого резистора, исполнительный блок, содержащий из пятого резистора, транзистора, к базе которого подключен второй вывод плтого резистора, реле, второй вывод обмотки которого соединен с коллектором транзистора, шестого резистора, первый вывод которого подключен к первому выводу обмотки реле, вход исполнительного блока - первый вывод плтого резистора соединен с выходом первого компаратора, второй компаратор, выход которого подключен к первому выводу первого резистора, второй вывод которого соединен с первым выводом второго резистора и инверсным входом первого компаратора, седьмой резистор, второй вывод которого соединен с вторыми выводами питанил первого и второго копараторон,эмиттером транзистора исполнительного облока, вторым нцнодом второго резистора и вторым выводом конденсатора, восьмой резистор, второй вывод которого подключен к прямому входу второго компаратора, инверсный вход которого соединен с первым выводом седьмого резистора, вторым выводом девятого резистора, первый вывод которого подключен к первым выводам питания первого и второго компараторон, первому выводу третьего резистора, первой шине питания и первому выводу размыкающегосл контакта реле исполнительного блока, второй вывод которого соединен с вторым выводом шестого резистора исполнительного блока, первым ньаодом восьмого резистора и первым выводом нагрузки, второй вывод которой подключен к вторым выводам четвертого резистора и датчика тока,Недостатком данного устройства является невозможность защиты от кратковременных исчезновений переменного напряжения,Цель изобретения - получение аозможнОсти защиты от кратковременных исчезновений переменного напряхен. я,Поставленная цель достигается тем, что в известное устройство защиты источника питания, содержащее первый резистор, второй резистор. первый нынад которого соединен со вторым выводом первого резистора, нулевую шину источника питания, которая подкгпочена к второму нцаоду второго резистора, компаратор, исполнительный блок, вход которого соединен с сыходом:омпаратора, введены парный и второ, пороговые элементы, ключ, интегратор, сигн льнал шина итретьему выводу оптрона 16, четвертый вы- -в вод которого соединен с выходом порогово- о шины переменного напряжения, которые подключены к входам первого порогового элемента и входам второго порогового элемента, выход которого соединен с входом ключа, выход которого подключен к второму выводу первого резистора, первый выводкоторого соединен с выходом первого порогового элемента, сигнальной шиной и вхо-.дом интегратора, выход которого подключенквходу компаратора, 10На фиг,1 приведена функциональнаясхема предлагаемого устройства; на фиг.2приведены примеры выполнения интегратора и компаратора.Устройство защиты источника питания 15содержит первый пороговый элемент 1, второй пороговый элемент 2, ключ 3, к входукоторого подключен выход порогового элемента 2, первый резистор 4, второй резистор 5, первый вывод которого соединен с 20вторым выводом резистора 4 и выходомключа 3, нулевую шину источника питания6, которая подключена ко второму выводурезистора 5, интегратор 7, компаратор 8,вход которого соединен с выходом интегратора 7, исполнительный блок 9, к входу которого подключен выход компаратора 8,сигнальную шину 10, которая соединена свыходом порогового элемента 1, первымвыводом резистора 4 и входом интегратора 307, шины переменного напряжения 11, которые подключены к входам пороговых элементов 1 и 2,Пороговые элементы 1 и 2 (фиг.1) предназначены для контроля величины переменного напряжения на шинах 11, пороговыйэлемент 1 открывается при величине напряжения на шинах 11, превосходящей первоеустановленное значение (допустим, 180 В),пороговый элемент 2 открывается при величине напряжения на шинах 11, превосходящей второе установленное значение(допустим, 200 В),Пороговый элемент 1 (пример выполнения) - фиг.1 содержит выпрямитель 12, к 45входам которого подключены входы порогового элемента 1, конденсатор 13, стабилитрон 14, катод которого соединен с первымвыводом конденсатора 13 и с первым (выходом положительного напряжения) выходом 50выпрямителя 12, резистор 15, первый выводкоторого подключен к аноду стабилитрона14, оптрон 16, первый вывод которого соединен со вторым выводом резистора 15, авторой - с вторым выводом конденсатора 135и вторым (выходом отрицательного напряженил) выходом выпрямителя 12. резистор17, первый вывод которого подключен к,го элемента 1, положительный полюс источника питания 18, который подключен к первому выводу резистора 17.Пороговый элемент 2 (пример выполнения) - фиг,1 содеркит выпрямитель 19, конденсатор 20, стабилитрон 21, катод которого соединен с первым выводом конденсатора 20 и первым(выходом положительного напряжения) выходом выпрямителя 19, резистор 22, первый вывод которого подключен к аноду стабилитрона 21, оптрон 23, первый вывод которого соединен с вторым выводом резистора 22, а второй - с вторым выводом конденсатора 20 и вторым (выходом отрицательного напряжения) выходом выпрямителя 19, резистор 24, стабилитрон 25, катод которого подключен к нулевой шине источника питания 6, отрицательный полюс источника питания 26, который соединен с первым выводом резистора 24, второй вывод которого подключен к аноду стабилитрона 25 и третьему выводу оптрона 23, четвертый вывод которого соединен с выходом порогового элемента 2, входы которого подключены ко входам выпрямителя 19.Ключ 3 (пример выполнения) - фиг.1 предназначен для закорачивания резистора 5. Ключ 3 содержит конденсатор 27, резистор 28, транзистор 29, затвор которого подключен к первым выводам конденсатора 27 и резистора 28 и входу ключа 3, выход которого соединен со стоком транзистора 29, исток которого подключен к вторым выводам конденсатора 27 и резистора 28 и нулевой шине источника питания 6,Исполнительный блок 9 (пример выполенния) - фиг,1 предназначен для отключения основного источника питания, если переменное напрякение на шинах 11 исчезает на время, большее соответствующей задержки, отрабатываемой устройством. Исполнительный блок 9 содержит усилитель 30, вход которого соединен с входом исполнительного блока 9, реле 31, первый вывод которого подключен к выходу усилителя 30, второй вывод реле 31 соединен с полюсом источника питания 18. Отключение основного источника питания производится контактом реле 31 (на чертеже не показан). Интегратор 7 (фиг,2) содержит резистор 32, первый вывод которого подключен к входу интегратора 7, резистор ЗЗ, первый вывод которого соединен с нулевой шиной источника питания 6, операционный усилитель 34, к прямому входу которого подключен второй вывод резистора 33, конденсатор 35, первый вывод которого соединен с вторым ыводом резистора 32 и инверсным входом перационного усилителя 34, выход которо 1794269выход выпрямителя 19 соответственно,Стабилитрон 14, сопротивление резистора 15 и оптрон 16 вьбираОтся таким образом, чтобы пробой стабилитрона 14 происходил при переменном напряжении на шинах 11, равном первой установленной величине напряжения О 1, допустим 180 В,Стабилитрон 21, сопротивление резистора 22 и оптрон 23 вцбираютсл таким образом, чтобы пробой стабилитрона 21происходил при переменном напряжении на шинах 11 равном второй установленной величине напряжения О 2, допустим 200 В,Стабилитрон 25 выбирается таким, что бы не превысить допустимого запирающего напряжения на затворе транзлстора 29.Емкость конденсатора 27 выбирается такой, чтобы время его разряда после закрытил транзистора оптрона 23 было больше, чем большее время задержки сигналаотклОчения исполнительного блока 9,Резистор 17 предназначен для защитыот короткого замыкания транзистора оптрого подключен к второму выводу конденсатора 35 и выходу интегратора 7, положительный полос источника питания 18 соединен с выводом положительного напряжения питания операционного усилителя 34, вывод отрицательного напряжения питания которого подклочен к нулевой шине источника питания 6.Комгоратор 8 (пример выполнения)- фиг,2 предназначен для определения больше или меньша его входное напряжение установленной величины - порога сравнения, Компаратор 8 (фиг,2) содсркит резистор 36, транзистор 37, база которого подключена к второму выводу резистора 36, первый вывод которого соединен с входом компаратора 8, резистор 38, стабиллтрон 39, катод которого подключен к эмиттеру транзистора 37 и вторым выводом резистора 38; первый вывод которого подключен к эмиттерутранзистора 40 и положительному полюсу источника питания 18, резистор 41, первый вывод которого соединен с коллектором транзистора 40 и выходом компаратора 8, второй вывод резистоар 41 подключен каноду стабилитрона 39 и нулевой шине источника питания 6,Конденсаторы 13 и 20 предназначены для сглахиоания пульсзций на выходе выпрямителей 12 и 19 соответственно, их емкость выбирается такой, чтобы сглаженные пульсации не нлиллл на работу цепей - перный выход выпрямителя 12 - стабиллтрон 14 - резистор 15 - светодиод оптрона 16 -второй выход выпрямителя 12 и первый вынод выпрямителя 19 - стабиллтрон 21 - резистор 22 - светодиод оптрона 23 - второй 5 10 15 202530 на 16 и его сопротивление выбирается ЯОО Ом,Величины сопротивлений резисторов 4 и 5, сопротивление резистора 32 и емкости конденсатора 35 интегратора 7 и тип стабилитрона 39 компарзтора 8 выбираотся таким, чтобы при уменьшении переменного напряжения на шинах 11 ниже оеличинь О 1 или при его исчезновении схема из интегратора 7 и компаратора 8 при эакороченном резисторе 5 обеспечивала меньшую установленную задержку сигнала отключения исполнительного блока 9 (и, соотнетстоенно, основного исто вика питания), а при незакороченном резисторе, 5 обеспечивала большую установленнуо задержку сигнала отклочения исполнительного блока 9, Например, при величинах задеряки =20 мс и =40 мс их величинь следуощие:емкость конеднсатора 35 0,12 мкф, сопротивления резисторов 4 = 300 кОм, Е 5 = 330 кОм и гз 2 = 30 кОм,ИстОчник питания с полоительным по люсом 18, нулевой шиной 6 и отрицательным полюсом 26 является источником питания только предлагаемого устройства и выполняется в ниде либо гальванической батареи, либо аккумулятора, либо по схеме буферного источника питания, Основной источник питания, длл защиты которого предназначено предлагаемое устройстно на чертеже не показан, этот источник питания запитынаетсл от переменного напрлкения, которое подается на шины 11, а включается и выключаетсл исполнительным блоком 9.Принцип действия устройства защиты источника питания.Устройство контролирует переменное напряжение и в зависимости от его величины перед исчезновением илл перед моментом уменьшения ниже величины О 1 вырабатывает сигнал отключения оснооного источника питанил с различной задержкой, Если величина переменного напряжения перед моментом уменьшения ниже оеличинь О 1 или перед исчезновением больше О 1, но меньше О 2, устройство задерживает сигнал отключения основного источника питания на меньшее время, если ке переменное напряжение перед моментом уменьшения ниже неличины О или перед исчезновением больше О 2 устройство задерживает сигнал отключения основного источника питания на большее время, Кроме того, в момент уменьшения ниже величины О или исчезнооения переменного напряхения выдается сигнал, который запрещает переключения о питаемых от основного источника схемах, 1794269 10Устройство защиты источника питанияработает следующим образом,При отсутствии переменного напряжения на шинах 11 и включении питания устройства пороговые элементы 1 и 2 закрыты. 5На выходе порогового элемента 2 напряжение =О В (напряжению нулевой шины источника питания 6), ключ 3 открыт и резистор 5закорочен, На выходе порогового элемента1 и на входе интегратора 7 напряжение имеет отрицательную полярность по отношению к "среднеИ точке" - половине напряженияпитания с полюсом 18 и нулевой шиной 6,поэтому на выходе интегратора 7 появляетсялинейно-нарастающее напряжение положительной полярности по отношению к "средней точке", достигающее величины, близкойк +Е - нарпяжению полюса 18 источникапитания. Так как напряжение порога срабатывания компаратора 8 ниже напряжения 20на его входе, на выходе компаратора 8 имеется напряжение, близкое к+Е, и исполнительный блок 9 отключен (реле 31 обесточено).При подаче на шины 11 переменногонапряжения, величина которого больше 25первого установленного значения 01 открывается пороговый элемент 1, и на его выходеи на входе интегратора 7 появляется напряжение положительной по отношению ксредней точке полярности, конденсатор 35 30интегратора 7 начинает перезаряжаться -напряжение на его выходе начинает линейно уменьшаться и через время, определяемое постоянной времени т 1 =Вз 2 С,достигает значения, близкого к 0 В (напряжению нулевой шины 6 источника питания).В момент, когда напряжение на выходе интегратора 7 и соответственно на входе компаратора 8 станет меньше его порогасравнения на выходе компаратора 8 скачком появляется напряжение, близкое к 0 В,исполнительный блок 9 включается (включается реле 31) и разрешается включение основного источника питания. Кроме того,положительное напрякение с выхода порогового элемента 1 поступает на шину 10сигнализируя о том, что появилось переменное напрякение на шинах 11,При превышении переменным напряжением на шинах 11 второго установленного 50значения ("200 В") открывается пороговыйэлемент 2 и напряжение отрицательного полюса 26 источника питания поступает назатвор транзистора 29 ключа 3 и закрываетего, кроме того, заряжается конденсатор 27 55ключа 3. Прекращается закорачивание резистора 5,Если величина переменного напряжения на шинах 11 становится меньше второго установленного значения 02. но не меньше первого установленного значения 0, пороговый элемнет 2 закрывается, в ключе 3 конденсатор 27 разряжается через резистор 28.После разряда конденсатора 27 на затворе транзистора 29 устанавливается нулевое напряжение, транзистор 29 открывается, и резистор 5 закорачивается,При уменьшении переменного напрякения на шинах 11 ниже 01 или при его исчезновении в том случае, если его величина до момента уменьшения или исчезновения была больше 0, при этом резистор 5 не закорочен, т.к, конденсатор 27 ключа 3 заряжен и отрицательное напряжение на этом конденсаторе удерживает транзистор 29 закрытым, закрываются пороговые элементы 1 и 2. На выходе порогового элемента 1 и на входе интегратора 7 появляется отрицательное по отношению к "средней точке" напряжение, конденсатор 36 интегратора 7 начинает перезаряжаться - напряжение на его выходе начинает линейно возрастать и через время, определяемое постоянной времени т 2 = (ВЗ 2+ Й 4+ ВБ) С, достигает величины, близкой к+ Е, В момент, когда напряжение на выходе интегратора 7 и входе компаратора 8 становится больше порога сравнения, компаратор 8 открывается и на его выходе появляется напряжение, близкое к +Е. Исполнительный блок 9 отключается (обесточивается реле 31) и отключает основной источник питания,Кроме того, отрицательное напряжение с выхода порогового элемента 1 поступает на шину 10, сигнализируя об исчезновении переменного напряжения на шинах 11.При уменьшении переменного напряжения на шинах 11 ниже значения 01 или при его исчезновении в том случае, если его величина до момента уменьшения или исчезновения была больше значения 01, но меньше О, при этом резистор 5 закорочен, т.к, конденсатор 27 ключа 3 разряжен и нулевое напряжение на затворе транзистора 29 удерживает его открытым, закрывается пороговый элемент 1, На выходе порогового элемента 1 и на входе интегратора 7 появляется отрицательное по отношению к "средней точке" напряжение, конденсатор 35 интегратора 7 начинает перезаряжаться - напряжение на его выходе начинает линейно возрастать и через время, определяемое постоянной времени тз= (Вз 2 + В 4)С, достигает величины, близкой к +Е. В момент, когда напряжение на выходе интегратора 7 и на входе компаратора 8 становится больше порога срабатывания, компаратор 8 открывается и на его выходе появляется на1794269 12 Формула изобретения Устройство защиты источника питания, содержащее первый резистор, второй резистор, первый вывод которого соединен с вторым выводом первого резистора, нулевую шину источника питания, которая подключена к второму выводу второго резистора, компаратор, исполнительный блок, вход которого соединен с выходом компаратора, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью получения возможности защиты от кратковременных исчезновенийпеременпряжение, близкое к 1 Е, Исполнительный блок 9 отключается обесточивэется реле 31) и отключается основной источник питания. Кроме того, как в предыдущем случае, отрицательное напряжение с выхода порогового элемента 1 поступает на шину 10, сигнализируя об исчезновении переменного напряжения на шинах 11,Если до окончания перезаряда конденсатора 35 интегратора 7 на шинах 11 появляется переменное напряжение, срабатывает пороговый элемент 1 и на его выходе, на сигнальной шине 10 и на входе интегратора 7 появляется положительное по отношению к "средней точке" напряжение и напряжение на выходе интегратора 7 начинает линейно уменьшаться и достигает величины, близкой к 0 В,Таким образом, в зависимости от величины переменного напряжения на шинах 11 перед его уменьшением ниже значения 01 или исчезновением меняется сопротивление цепи перезаряда конденсатора 35 интегратора 7 и, соответственно, меняется постоянная времени перезаряда и скорость изменения напряжения на выходе интегратора 7, а, т.к. компаратор 8 имеет постоян.ный порог сравнения, то меняется и время задержки сигнала отключения, В том случае, если величина переменного напряжения на шинах 11 перед его уменьшением . ниже значения 01 или исчезновения была больше значения 01, но меньше 02 задеркка, как указывалось выше, равна тз, а в случае, если величина переменного напряжения была больше 02 задержка равна т 2.Например, при указанных выше значениях й 4 300 кОм, Вб = 330 кОм, Взад = 30 кОм и С =0,12 мкФ получаем, что т 2=0,12 (30+300 +330) 10 зс,12 660 10 =0,0792 с а хз=0,12 (30+300) 10 с=012 330 10 ==0,0396 с, т,е. т 2 = 2 тз, соответственно и задержка сигнала.отключения исполнительного блока 9 в том случае, если величина переменного напряжения на шинах 11 перед уменьшением ниже значения 01, или перед исчезновением была больше значения 01, но меньше значения 02, в два раза меньше, чем в том случае, когда его величина была больше 02. Если же время исчезновения переменного напряжения на шинах 11 меньше соответствующего времени задержки, то исполнительный блок 9 не отключается, и не отключается также основной истчоник питания.Кроме того, т.к. напряжение нэ выходе интегратора 7 изменяется по линейному закону, то и точность отработки установленных величин задержки будет выше, чем при использовании элементов задержки, у которых время задержки определяется зарядом и разрядом конденсатора (т.к, напрякение на конденсаторе меняется по экспоненциальному закону).Таким образом с одной стороны уст ройство обеспечивает выдачу сигнала об исчезновении переменного напряжения, что позволяет запретить переключение элементов (например, элементов памяти и др,) и выдачу ложных команд устройствами, питаемыми от основного источника питания, а с другой стороны обеспечивает уменьшение числа отключений основного источника питания, не допуская снижения постоянного напряжения на выходе основного источника питания нижедопустимого значения, т,к. задержка сигнала отключения основного источника питания соответствует тому диапазону значений переменного напряжения, в котором оно находилось перед исчезновением,ного напрякения, в него введены первый и второй пороговые элементы, ключ, интегратор, сигнальная шина и шины переменного напряжения, которые подключены к входам первого порогового элемента и к входам второго порогового элемента, выход которого соединен с входом ключа, выход которого подключен к второму выводу первого резистора, первый вывод которого соединен с выходом первого порогового элемента, сигнальной шиной и входом интегратора, выход которого подключен к входу компаратора.1794269Составитель Е,Бантюковедактор Техред М,Моргентал Корректор М,Керецман .Заказ 533 Тираж Полписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5оизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101